(57)【要約】【課題】  抗原抗体反応を利用した免疫検査試験および電気泳動試験用のフローチップの製造方法において、随意のパターン配置およびパターン形状を備えるフローチップを金型やＰＤＭＳ設備を要することなく、１個単位で簡単に製造可能とする。【解決手段】  フローチップの基本構造として、チャンネルパターンを形成したポリマーシート２１の表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造を採用する。そして、ポリマーシート２１におけるチャンネルパターンは、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてなるＸ−Ｙテーブル上にポリマーシート２１を位置決めし、位置決めしたポリマーシート２１を水平送りしながら、 Ｘ−Ｙテーブル上に配置するＺ軸方向の駆動機構によって支持する打撃チップＡによって連続して打ち抜いて形成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の検体試料を充填するためのチャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造のフローチップの製造方法において、
ポリマーシートのチャンネルパターンを、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてなるＸ−Ｙテーブル上にポリマーシートを供給して位置決めし、位置決めしたポリマーシートを水平方向に複合運動させながら、 Ｘ−Ｙテーブル上に配置するＺ軸方向の駆動機構によって支持する打撃チップによって連続して打ち抜いて形成することを特徴とする３層構造のフローチップの製造方法。
【請求項２】
断面四角型の打撃チップをＺ軸方向の駆動機構と、Ｚ軸またはＺ軸に平行な回転軸を中心とする回転駆動機構とによって支持し、打撃チップの姿勢を回転軸を中心に変化させながらポリマーシートを打撃することを特徴とする請求項１に記載の３層構造のフローチップの製造方法。
【請求項３】
ポリマーシートの裏面側に高可塑性の樹脂製ベース板を介装してポリマーシートをＸ−Ｙテーブル上に位置決めし、打撃チップによって打ち抜いたポリマーシートの断片を打撃チップによって順次に樹脂製ベース板内に埋め込むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３層構造のフローチップの製造方法。
【請求項４】
ポリマーシートの裏面側に打撃チップに対応する凹型のダイを配置し、ダイの姿勢をＺ軸またはＺ軸に平行な回転軸を中心とする回転駆動機構によって打撃チップに同期して変化させることを特徴とする請求項２に記載の３層構造のフローチップの製造方法。
【請求項５】
液状の検体試料を充填するためのチャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造のフローチップの製造方法において、
ポリマーシートのチャンネルパターンを、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてなるＸ−Ｙテーブル上に搭載するロータリテーブルによってポリマーシートを支持し、支持したポリマーシートを水平方向に複合運動させながら、 ロータリテーブル上に配置するＺ軸方向の駆動機構によって支持する打撃チップによって連続して打ち抜いて形成することを特徴とする３層構造のフローチップの製造方法。
【請求項６】
液状の検体試料を充填するためのチャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造のフローチップの製造方法において、
ポリマーシートのチャンネルパターンを、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてＺ軸方向に向けて支持するマイクロルータ装置を数値制御して切削加工することを特徴とする３層構造のフローチップの製造方法。
【請求項７】
ポリマーシートとポリマー被覆基板の材料をいずれも熱可塑性樹脂材料から選択し、チャンネルパターンを形成したポリマーシートとポリマー被覆基板とを直接に熱融着させることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の３層構造のフローチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー構造の樹脂材料からなり、抗原抗体反応および電気泳動を利用した免疫反応センサ、その他の展開検査に適用可能な３層構造のフローチップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フローチップは、内部に検査目的に応じた特定形状の微少断面積の流路（チャンネルパターン）を有し、例えば、フロー形状の入力ポート部より被検体をチャンネルパターン内に送液し、抗原抗体反応によって所定の医学的評価をし、あるいは、チャンネルパターンに検体試料を充填して電界に曝露したときの検体試料の反応によって所定の評価をすることを概ねの内容とする電気泳動検査等に使用される。フローチップにおけるチャンネルパターンは、検体試料をできるだけ単純な構造において観察する目的に基づいて、極めて微少断面積に形成される。例えば、あるものは、幅５０μｍで深さ８０μｍであり、通常は、幅寸法深さ寸法とも１０μｍ〜２００μｍの範囲に収まる。
【０００３】
このような微細なチャンネルサイズでありながらも、チャンネルパターンには、意図的に変化させる場合を除き、幅一定および深さ一定の精度が要求される。例えば、付与される電界との相互作用によって検体試料が運動する場合におけるチャンネルパターンの精度不足は、検体試料の運動結果に対する評価を大きく左右することとなり、免疫反応検査の場合は、定量的な検体配置が必要とされるからである。
【０００４】
従来より、光学特性に優れた板状体の内部、例えば、鉛ガラスやアクリル樹脂等の板材料の内部にこのような微細で高精度のチャンネルパターンを直接形成することは困難である。したがって、フローチップは、２層ないし３層構造のものとして製造されている。２層構造を採るフローチップは、例えば、ポリマー基板に微細な金型を用いてのホットエンボス加工によって、あるいは、射出成形によってチャンネルパターンを形成し、チャンネルパターンを形成したポリマー基板に対し、シート状または板状のポリマー被覆基板を貼着することによってチャンネルパターンを内部に封入する構造である。
【０００５】
また、３層構造のフローチップは、例えば、チャンネルパターンを形成したポリマーシートを一対のポリマー被覆基板で挟み込む構造である。このような構造が採用される理由としては、ポリマーシートに微細なチャンネルパターンを形成する優秀な方法が知られているからである。この方法は、半導体パターンを製造する手法に大きく依存し、印刷技術の要素を併せ持つ半導体リソグラフィー設備によるＰＤＭＳ(porydimethylsiloxane)法である。この方法は、設備が大規模で製造工程も煩雑であるが、他に有力な方法がないためにポリマーシートにチャンネルパターンを形成する方法として広く採用されている。ただし、金型を用いてポリマーシートにチャンネルパターンを形成することができない訳ではない。
【特許文献１】特開２００３−１８５６２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６９７５号公報
【特許文献３】特表２００１−５１９９０７号公報
【０００６】
上記特許文献に示されるように、フローチップにおけるチャンネルパターンの形態は様々である。これは、抗原抗体反応試験および電気泳動試験の目的に応じて異なることとなる試験操作方法、結果の評価方法等によって最適とされるチャンネルパターンのパターン配置やパターン形状が異なることによる。そして、この特定の試験に最適なチャンネルパターンの態様は、理論的な予測は可能であるとしても、実際の使用を通じてのみ決定されるものである。
【０００７】
すなわち、特定の試験に最適なチャンネルパターンの形態を決定するためには、実に多種類のチャンネルパターンが試用に供されなければならないのである。このことを従来の技術内容に当てはめて換言すれば、特定のチャンネルパターンを開発するために、長期間を費やして多用されることのない多くの金型が作製され、ＰＤＭＳ法においては、無駄なマスクパターンが作製され、これに要したコストは、製品価格に反映されることとなる。また、別に、従来の方法においては、多数個を使用しないことが当初から判明している例えば、学術用途のフローチップを製造するについても、上記金型等を必要とすることから、１個当たりの価格が過大なものとならざるを得ないという問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来のフローチップの製法では、多品種少ロットの需要に対応することができないという問題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１記載の製造方法は、液状の検体試料を充填するためのチャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造のフローチップの製造方法において、ポリマーシートのチャンネルパターンを、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてなるＸ−Ｙテーブル上にポリマーシートを供給して位置決めし、位置決めしたポリマーシートを水平方向に複合運動させながら、 Ｘ−Ｙテーブル上に配置するＺ軸方向の駆動機構によって支持する打撃チップによって連続して打ち抜いて形成することを特徴とする。
【００１０】
この構成においては、Ｘ−Ｙテーブルが水平に設置されるとすれば、打撃チップは上方からＸ−Ｙテーブルを打撃するように動作することができる。この際、Ｘ−Ｙテーブルに位置決めされたポリマーシートは、 Ｘ軸方向の駆動機構の作動によるＸ軸方向の運動またはＹ軸方向の駆動機構の作動によるＹ軸方向の運動、さらに、Ｘ軸およびＹ軸方向の駆動機構双方の作動による水平方向の複合運動をすることが可能であり、打撃チップに打撃される位置を任意にかつ連続的に変化させることができる。したがって、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を作製しようとするチャンネルパターンに対応するＸ−Ｙ平面位置情報によって制御することにより、打撃によるピンホールの集合として連続するチャンネルパターンが形成される。次いで、チャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって、内部にチャンネルパターンを封入した３層構造のフローチップが得られる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の３層構造のフローチップの製造方法は、断面四画型の打撃チップをＺ軸方向の駆動機構と、Ｚ軸またはＺ軸に平行な回転軸を中心とする回転駆動機構とによって支持し、打撃チップの姿勢を回転軸を中心に変化させながらポリマーシートを打撃することを特徴とする。
【００１２】
この構成における断面四画型の打撃チップによってポリマーシートに穿設されるピンホールは、四画形となることから、ポリマーシートとの相対運動として、いずれかの辺方向に沿って打撃チップが移動する場合におけるピンホールの連続によるチャンネルパターンの部分は、円滑な直線状に形成される利点がある反面、打撃チップが斜方向に進行する場合のピンホールの連続形状は、階段状となる。そこで、回転駆動機構によって打撃チップの姿勢を斜方向に向けて変化させることによって、斜方向に形成されるチャンネルパターンの部分についても円滑な直線状とすることができる。
【００１３】
本発明の請求項３記載の３層構造のフローチップの製造方法は、ポリマーシートの裏面側に高可塑性の樹脂製ベース板を介装してポリマーシートをＸ−Ｙテーブル上に位置決めし、打撃チップによって打ち抜いたポリマーシートの断片を打撃チップによって順次に樹脂製ベース板内に埋め込むことを特徴とする。
【００１４】
この構成において、ポリマーシートのような可撓性の薄物を打ち抜く場合には、打撃チップを受け入れることが可能であって、ポリマーシートの逃げを阻止する部材が必要であり、高可塑性の樹脂製ベース板は、その物性によりこのような機能を発揮することができる。また、打撃チップによって打ち抜かれたポリマーシートの個々の断片は、打撃チップによって個々に樹脂製ベース板内に押し込まれ、樹脂製ベース板の塑性変形によって押し込まれた位置に保持されるので、ポリマーシートの断片が打撃チップによるピンホール穿設動作の障害とならない。
【００１５】
本発明の請求項４記載の３層構造のフローチップの製造方法は、ポリマーシートの裏面側に打撃チップに対応する凹型のダイを配置し、ダイの姿勢をＺ軸またはＺ軸に平行な回転軸を中心とする回転駆動機構によって打撃チップに同期して変化させることを特徴とする。
【００１６】
この構成では、打撃チップがポリマーシートを加圧したときのポリマーシートの逃げが
ダイによって阻止されるので、打撃チップのせん断能力およびせん断精度が向上し、これによって、せん断面のバリの発生や、せん断部周囲、つまり打撃チップによって打ち抜かれたピンホール周囲の垂れの発生が抑制される。また、ダイが打撃チップに同期して姿勢変化することによって、打撃チップが斜方向に移動する際にもこの作用を維持させることができる。
【００１７】
本発明の請求項５記載の製造方法は、液状の検体試料を充填するためのチャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造のフローチップの製造方法において、
ポリマーシートのチャンネルパターンを、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてなるＸ−Ｙテーブル上に搭載するロータリテーブルによってポリマーシートを支持するとともに、支持したポリマーシートを水平方向に複合運動させながら、 ロータリテーブル上に配置するＺ軸方向の駆動機構によって支持する打撃チップによって連続して打ち抜いて形成することを特徴とする。
【００１８】
この構成では、位置が固定されている打撃チップに対して、ポリマーシートが移動する。ポリマーシートに対する打撃チップの位置は、相対的に変化することで足りるので、ポリマーシートを移動させることによってもピンホールの集合としての連続したチャンネルパターンを形成することができるからである。ただし、Ｘ−Ｙテーブルのみによっては、打撃チップとポリマーシートとの相対位置を変化させることはできても、打撃チップとポリマーシートとの相対姿勢を変化させることはできない。そこで、Ｘ−Ｙテーブルにロータリテーブルを搭載し、ロータリテーブルを介してポリマーシートを支持することによって、特定方向へのポリマーシートの移動に際して、そのときに最も円滑なパターン形状が得られる打撃チップとポリマーシートとの相対姿勢の選択を可能としたのである。
【００１９】
本発明の請求項６記載の製造方法は、液状の検体試料を充填するためのチャンネルパターンを形成したポリマーシートの表裏両面にポリマー被覆基板を貼着することによって内部にチャンネルパターンを封入する３層構造のフローチップの製造方法において、
ポリマーシートのチャンネルパターンを、Ｘ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構を組み合わせてＺ軸方向に向けて支持するマイクロルータ装置を数値制御して切削加工することを特徴とする。
【００２０】
この構成におけるマイクロルータ装置の実質的な機能は、超小型の縦形フライスと同等である。そして、このマイクロルータ装置がＸ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構によって支持されることによって、マイクロルータ装置は、ポリマーシートをマイクロルータ装置に装着されるカッタの直径に等しい切削幅で任意の方向に連続して切り進み、所定のチャンネルパターンを形成することができる。この際、マイクロルータ装置に対する数値制御は、作業の自動化と、同一作業の反復に寄与する情報入出力要素である。
【００２１】
本発明の請求項７記載の３層構造のフローチップの製造方法は、ポリマーシートとポリマー被覆基板の材料をいずれも熱可塑性樹脂材料から選択し、チャンネルパターンを形成したポリマーシートとポリマー被覆基板とを直接に熱融着させることを特徴とする。
【００２２】
この構成において採用される熱融着は、接着剤を使用しないための手段であり、接着剤を使用することによる不具合、例えば、接着剤組成物のチャンネルパターンへの経時的溶出や、接着剤と母材であるポリマーシートとの反応による白濁の発生による光学特性の悪化等の問題を解消する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の３層構造のフローチップの製造方法は、型押し用の金型や射出成形用の金型、あるいは、ＰＤＳＭにて作製する際に必要なリソグラフィ設備を要することなく、随意のパターン形状およびパターン配置のチャンネルパターンを有する３層構造のフローチップを１個単位で簡単に製造することができるので、多種類のチャンネルパターンのフローチップを実際に使用することによって判断することとなる特定の検査用途についてのチャンネルパターンの最適化試験や、学術研究用途に小数個必要となる新たな形状のチャンネルパターンを備えるフローチップの需要に、短時間かつ低コストで応需することができるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の製造方法は、チャンネルパターン２１Ａを形成したポリマーシート２１を、一方はカバーとなるポリマー被覆基板２２と、他方はベースとなるポリマー被覆基板２３とによって両面側から挟み込んで貼着した３層構造のフローチップ２０を目的として選択される素材と手法とからなる（図１）。
【００２５】
図示のポリマー基板２１には、模式的な単純なチャンネルパターン２１Ａが例示されており、チャンネルパターン２１Ａの両端には、通常、円形のリザーバポイント２１Ｂ，２１Ｂが形成される。チャンネルパターン２１Ａの中間位置には、必要に応じた形状の反応ポイント２１Ｃが形成されている。また、カバーとなるポリマー被覆基板２２には、チャンネルパターンの入力ポイント２１Ｂ，２１Ｂに対応する入力ポート２２Ｂ，２２Ｂが形成されている。
【００２６】
フローチップを構成する部材の材料としてのポリマー素材の選択には、フローチップとして通常要求される耐薬品性、安定性、低蛍光性、光学特性の他に、ポリマーシート２１について、打撃チップによる打ち抜き加工およびマイクロルータ装置による切削加工との相性が考慮される。これに伴ないポリマー被覆基板２２，２３には、選択されたポリマーシート２１との熱融着に関する相性が考慮される。
【００２７】
ＰＤＭＳやアクリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネイト等の汎用樹脂材料は、いずれも本発明に使用することができるが、ポリプロピレンとポリエチレンは、加工粘り性が大きいので、打ち抜きおよび切削加工との相性が良いとはいえない。一方、アクリル、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネイトは、良好な加工性を示す。なお、ポリマーシートの加工性は、ポリマーシートをガラス転移温度以下の適温に加熱下において加工することにより改善することができる。改善の内容は、打ち抜き加工または切削加工におけるせん断面または切削面の仕上がり状態が良好となる。
【００２８】
ポリマーシート２１にチャンネルパターン２１Ａを加工するには、次のような打刻装置３０を用いることができる（図２）。打刻装置３０は、Ｘ−Ｙテーブル３１と、Ｘ−Ｙテーブル３１の側方に立設するコラム３２から水平方向にアーム３３を突き出したフレーム構成を有する。Ｘ−Ｙテーブル３１のテーブル面３１Ａは、 駆動モータＭ１を駆動源とするＸ軸方向の駆動機構と駆動モータＭ２を駆動源とするＹ軸方向の駆動機構とによって支持され、水平方向に移動することができる。また、Ｘ−Ｙテーブル３１のテーブル面３１Ａには、ポリマーシートの加工性を調節するためのヒータが内蔵されている。
【００２９】
打撃チップＡは、駆動モータＭ３を動力源とする回転駆動機構３５を介してアーム３３の裏面に配置され、ダイＢは、駆動モータＭ４を駆動源とする回転駆動機構３４を介してＸ−Ｙテーブル３１側に上向きに配置されている。なお、打撃チップＡの駆動モータＭ３とダイＢを回転駆動する駆動モータＭ４とは、ロータリエンコーダを検出部材とするフィードバック制御によって電気的に同期するようになっている。打撃チップＡの回転駆動機構３５には、カム機構を利用したＺ軸方向の往復駆動機構が組み込まれ、これが打撃チップＡを上下に運動させる。加工ワークであるポリマーシート２１は、テーブル面３１Ａにサクションによって吸引固定される（図３）。
【００３０】
チャンネルパターン２１Ａの形成に際して、打撃チップＡは一定打撃数で駆動され、このときＸ−Ｙテーブル３１のテーブル面３１Ａは、いずれの方向についても打撃チップＡによって穿設される個々のピンホールＨ…が十分にオーバラップする速度で駆動される（
図４（Ａ））。打撃チップＡおよびダイＢは、チャンネルパターン２１Ａの屈曲した部分を形成する際には、その回転駆動機構によってチャンネルパターン２１Ａの屈曲方向に沿って徐々に姿勢を変化させるように制御される。これによって、円滑に連続するチャンネルパターン２１Ａが形成される（図４（Ｂ））。
【００３１】
所定のチャンネルパターン２１Ａを形成したポリマーシート２１には、一対のポリマー被覆基板２２，２３が熱融着される。ポリマーシート２１とポリマー被覆基板２２，２３との熱融着には、市販のサーマルボンディング装置４０を利用することができる（図５）。
この工程では、ポリマーシート２１を一対のポリマー被覆基板２２，２３によって挟み込んで仮位置決めした状態のフローチップ２０がヒータステージ４１上に供給される。供給されたフローチップ２０は、プレス板４２の下降によってヒータステージ４１との間に挟まれ、所定圧力下において所定温度に加熱されることによって一体化する。
【００３２】
プレス板４２の駆動は、駆動モータＭ５により、エンコーダ４３によって駆動モータＭ５の動作を監視しながら、さらに、ねじ送り方式のラムに伴なって上下動するセンシングアーム４５の変位を検出しながら、さらに、ロードセル４４によって実際に加工ワークあるフローチップ２０に印加される圧力を検出しながら精密に実行される。過大な圧力は、チャンネルパターン２１の変形原因となるからである。
【００３３】
ここで、マイクロルータ装置を用いて切削加工によってチャンネルパターン２１Ａを形成する場合においてマイクロルータ装置に取り付けるフライスカッタについて説明する。
前述したように、フローチップ２０におけるチャンネルパターンは、幅寸法深さ寸法とも１０μｍ〜２００μｍの微細なものである。このうち、チャンネルパターン２１Ａの深さ寸法は、ポリマーシート２１の厚みによって決定するので問題はない。一方、幅寸法は、フライスカッタの直径によって決定することから、このような微細なフライスカッタの入手が問題となる。そこで、フライスカッタには、アナログレコードのピックアップ用のダイヤモンド針を使用することを推奨する。このダイヤモンド針の先端径は、本発明の需要を満たすサイズである。ただし、ピックアップ用のダイヤモンド針は、角を落とすように研磨されているので、鋭利な角を有するものを特注する必要がある。なお、角があると、蛋白質の分析に際して、角に蛋白質が付着したり、空気溜まりができるので好ましくない。
【００３４】
なお、ポリマーシート２１にチャンネルパターン２１Ａを形成するマイクロルータ装置に替わる手段とし、レーザ加工機を応用することができる。レーザ加工機は、チャンネルパターン２１Ａの微細加工の要求を満足する加工特性を有するからである。ただし、加工ワークがポリマーシート２１のような樹脂材料である場合には、加工部分を不用意に溶融拡大または溶融変形させないための、冷却加工テーブルの使用等の加工環境を整えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の製造方法によって製造されるフローチップの分解斜視図である。
【図２】本発明の製造方法に使用する打刻装置の略図である。
【図３】本発明の製造方法に使用する打刻装置動作説明図である。。
【図４】本発明の製造方法に使用する打刻装置による打刻軌跡の平面図である。。
【図５】本発明の製造方法に使用するサーマルボンディング装置の略図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０      フローチップ
２１      ポリマーシート
２２      ポリマー被覆基板
２３      ポリマー被覆基板
【図１】
2005147913.tif 000003
【図２】
2005147913.tif 000004
【図３】
2005147913.tif 000005
【図４】
2005147913.tif 000006
【図５】
2005147913.tif 000007